ДИАГОНАЛЬНЫЕ И РАДИАЛЬНЫЕ ШИНЫ

Диагональные и радиальные шины различаются построением каркаса, а именно, расположением нитей слоев корда в каркасе.

У диагональных шин нити в смежных слоях корда и брекера располагаются перекрестно под углом наклона 35…38⁰ к экватору покрышки (рис. 1.7, а). Каркас является несущим элементом шины, и поэтому воспринимает все силы (радиальные, боковые и продольные) и моменты, действующие на колесо. Чем меньше угол наклона нитей в смежных слоях корда (30…34⁰ для спортивных шин), тем лучше передаются боковые силы, действующие на колесо.

Основным недостатком диагональных шин является то, что в процессе их контакта с опорной поверхностью изменяются направления перекрестных слоев, в результате чего в каркасе происходит повышенное выделение теплоты, а в плоскости контакта – относительное смещение слоев корда, приводящие к высоким гистерезисным потерям и износу протектора.

У радиальных шин нити в слоях корда не пересекаются. Они располагаются по радиусу покрышки под углом наклона 85…90⁰ к экватору (рис. 1.7, б), что делает каркас весьма эластичным и, как следствие, излишне податливым под действием боковых и продольных сил. При таком расположении нити каркаса способны воспринимать только вертикальные нагрузки, что значительно снижает возникающие в них напряжения и позволяет при одной и той же вертикальной нагрузке с диагональной шиной уменьшить число слоев корда в каркасе и, следовательно, толщину каркаса. Например, радиальные шины с металлокордом в каркасе и брекере для грузовых автомобилей большой грузоподъемности имеют всего 2…4 слоя корда в каркасе вместо 8…14. Вследствие этого у радиальных шин меньше нагрев, ниже потери при качении, больше толщина протектора, что увеличивает срок их службы (ресурс) в 1,5...2,0 раза.

Продольные и боковые силы, действующие на колесо, воспринимаются в радиальной шине наложенным на каркас практически нерастяжимым брекерным поясом, имеющим диагональную конструкцию нитей корда (рис. 1.7, в). Для брекерного пояса используется металлокорд или его сочетание с нейлоновым или вискозным кордом. Это связано с тем, что металлокорд, обладая высокой прочностью, теплопроводностью и теплостойкостью, способствует уменьшению напряжений и более равномерному распределению температуры в теле покрышки. Брекерный пояс амортизирует ударные нагрузки, возникающие при качении колеса по неровной дороге, распределяет их по каркасу, защищает последний от механических повреждений. Кроме того, жесткий брекерный пояс не позволяет протектору радиальной шины ощутимо деформироваться при воздействии боковых и продольных сил, поэтому пятно контакта шины с дорогой остается практически неизменным. Это заметно повышает курсовую устойчивость колесной машины при высоких скоростях движения, улучшает её маневренность, а значит и безопасность движения.

а) б) в)

Рис. 1.7. Диагональная и радиальная шины:

а – диагональная шина; б – радиальная шина; в – брекерный пояс

В то же время радиальное расположение нитей корда снижает прочность боковин шины. В тяжелых дорожных условиях вероятность повреждения боковин довольно велика и, как следствие, долговечность радиальных шин, эксплуатирующихся преимущественно на бездорожье, часто оказывается ниже, чем диагональных. Это свойство радиальных шин, наряду с более высокой их стоимостью, является основной причиной продолжающегося производства диагональных шин.

Среди других недостатков радиальных шин можно отметить:

- больший момент инерции относительно оси вращения, что связано с расположением на периферии большей части массы шины: достаточно тяжелого брекерного пояса и протектора;

- повышенный шум у шин с металлокордом при высоких скоростях движения.

- пониженную боковую жесткость, что ухудшает устойчивость колесной машины (у современных машин этот недостаток нивелируется за счет характеристик подвесок);

Наличие жесткого брекерного пояса и весьма эластичного каркаса у радиальных шин для легковых автомобилей явилось причиной трансформирования первоначально круглого их профиля в несколько сглаженный профиль беговой дорожки, поэтому отношение Н/В у этих шин не превышает 0,82.

Преимущества радиальных шин, безусловно, превалируют над их недостатками и, будучи изложены в тезисном виде, состоят в следующем:

- меньшее сопротивление качению (на 25…30 %) и, как следствие, меньший расход топлива (до 10 %);

- лучшее сцепление с дорогой;

- более низкий тепловой режим работы (на 20…30⁰С), что позволяет эксплуатировать шины при более высоких скоростях движения;

- лучшая передача продольных и боковых сил;

- более быстрая реакция на поворот руля;

- большая грузоподъемность шин одного размера с диагональными (на 15…25 %);

- значительно более высокие износостойкость (в 1,5…1,7 раза) и срок службы (в 1,5…2,5 раза);

- лучшие характеристики упругости (шины практически не изменяют своего профиля при высоких скоростях движения автомобиля);

- более высокая стойкость к проколам (за счет использования металлокорда в брекерном поясе).

Особенностью радиальных шин является то, что нагрузка на них может быть увеличена за счет повышения внутреннего давления воздуха как без изменения конструкции (до 10 %), так и при увеличении числа слоев корда в каркасе и повышении прочности нитей корда (усиленные шины).

На легковых автомобилях, прицепах к ним, легких грузовых автомобилях и автобусах особо малой вместимости устанавливаются шины только низкого давления (до 0,30 МПа).

У грузовых автомобилей, прицепов к ним, автобусов и троллейбусов из-за высоких нагрузок на их колеса давление воздуха в шинах (в зависимости от размера шины и максимальной нагрузки на колесо) находится в пределах 0,50…0,90 МПа.

В тракторостроении применяются шины только низкого (шины управляемых и направляющих колес, шины прицепов) и сверхнизкого (шины ведущих колес) давления. Давление воздуха в шинах низкого давления – 0,14…0,30 МПа, в шинах сверхнизкого давления – 0,08…0,12 МПа.